Nieuwe genetisch gemodificeerde maïs produceert tot 10% meer dan vergelijkbare soorten

Aanhangers van genetische manipulatie hebben lang beloofd dat het zal helpen om aan ’s werelds groeiende vraag naar voedsel te voldoen. Maar ondanks de creatie van veel genetisch gemodificeerde gewassen die resistent zijn tegen ongedierte en onkruidverdelgers, hebben wetenschappers nog niet veel succes gehad met het stimuleren van de gewasgroei. Onderzoekers hebben nu voor het eerst aangetoond dat ze de opbrengst van maïs op betrouwbare wijze tot 10% kunnen verhogen door een gen te veranderen dat de groei van de plant verhoogt, ongeacht of de groeiomstandigheden slecht of optimaal zijn.

“Het is ongelooflijk,” zegt Kan Wang, een moleculair bioloog aan de Iowa State University in Ames die niet betrokken was bij de nieuwe studie. Naast het verhogen van de maïsoogst, zegt ze, zouden de nieuwe modificaties andere onderzoekers moeten inspireren in de zoektocht naar het verkrijgen van hogere opbrengsten uit andere gewassen.

De meest verbouwde genetisch gemodificeerde gewassen ter wereld, waaronder soja, maïs en katoen, werden gecreëerd met een paar relatief eenvoudige genetische aanpassingen. Door bijvoorbeeld één enkel gen van bacteriën aan bepaalde gewasvariëteiten toe te voegen, gaven wetenschappers hen het vermogen een eiwit te maken dat vele soorten insecten doodt. Een andere eenvoudige genetische manipulatie resulteert in gewassen die bestand zijn tegen glyfosaat of andere herbiciden; één voordeel is dat boeren onkruid kunnen doden zonder de bodem uit te hollen. Nog een ander beschermt gewassen tijdens droogte. Maar het is een stuk moeilijker geweest om planten te vinden die ook onder goede omstandigheden meer graan opleveren, vanwege de complexe genetica die bij de plantengroei betrokken is.

Beginnend rond 2000 zijn bedrijven over de hele wereld serieus begonnen met het screenen van afzonderlijke genen die de opbrengst zouden kunnen verhogen. Slechts enkele genen bleken veelbelovend, en veel bedrijven hebben het screenen op genen die verband houden met de opbrengst van gewassen verminderd of gestaakt, vanwege de lage succespercentages.

Maar onderzoekers van Corteva Agriscience, een chemisch en zaadbedrijf uit Wilmington, Delaware, besloten te kijken naar genen die functioneren als hoofdschakelaars voor groei en opbrengst. Ze kozen MADS-box genen, een groep die in veel planten voorkomt, voordat ze er één (zmm28) uitkozen om in maïsplanten te veranderen. De uitdaging bij het werken met genen die de ontwikkeling regelen, is ervoor te zorgen dat ze in de juiste hoeveelheid, op het juiste moment en in het juiste type weefsel worden aangezet. “Het is erg gemakkelijk om planten in de war te brengen als de genen te actief zijn, zegt Jeff Habben, een plantenfysioloog bij Corteva die het onderzoek hielp leiden.

Het doel van de groep was om zmm28 te versmelten met een nieuwe promotor, een stuk DNA dat bepaalt wanneer het gen wordt geactiveerd. Na een dozijn te hebben geprobeerd, vonden ze er een die betrouwbaar werkte. Gewoonlijk gaat zmm28 aan wanneer maïsplanten beginnen te bloeien. De toegevoegde promotor zette zmm28 eerder aan dan natuurlijk gebeurt en bleef ook na de bloei de gunstige effecten van het gen versterken. “Als je het gen harder en langer laat werken, kun je de plant beter laten presteren,” zegt Wang.

De onderzoekers testten de prestaties van het verbeterde gen in 48 commerciële maïssoorten, bekend als hybriden, die gewoonlijk worden gebruikt als veevoer. In veldproeven in maïs producerende regio’s van de Verenigde Staten tussen 2014 en 2017, vonden ze dat de genetisch gemodificeerde hybriden doorgaans 3% tot 5% meer graan opleverden dan controleplanten. Sommige leverden 8% tot 10% meer op, zo meldt het team deze week in de Proceedings of the National Academy of Sciences. Het voordeel hield aan ongeacht hoe goed of slecht de groeiomstandigheden waren. “Dit is een van de beste voorbeelden waar GM voor opbrengst echt overtuigend werkt in een veldomgeving,” zegt Matthew Paul, een gewaswetenschapper bij Rothamsted Research in Harpenden, UK

De toegenomen groei is te danken aan verschillende factoren. Ten eerste hebben de gemanipuleerde planten iets grotere bladeren, die 8 tot 9% beter zijn in het omzetten van zonlicht in suikers. “Deze toename is echt van groot belang,” zegt Jingrui Wu, een plantenfysioloog bij Corteva, omdat fotosynthese moeilijk te verbeteren is met genetische manipulatie. De planten zijn ook 16% tot 18% efficiënter in het gebruik van stikstof, een belangrijke voedingsstof in de bodem – een andere eigenschap die moeilijk te manipuleren is voor plantenveredelaars vanwege de complexe genetica.

“Vanuit commercieel oogpunt ziet dit er veelbelovend uit,” zegt Dirk Inzé, een moleculair bioloog aan het VIB, een onderzoeksinstituut in Vlaanderen, België. Corteva heeft al een aanvraag ingediend bij het Amerikaanse ministerie van Landbouw (USDA) voor goedkeuring van nieuwe hybriden met een hogere opbrengst. (Hoewel zmm28 en zijn promotor van nature in maïs voorkomen, werden ze gekoppeld met behulp van een techniek die het USDA als biotechnologie reguleert.)

Habben schat dat het 6 tot 10 jaar zal duren om formele goedkeuring te krijgen in landen over de hele wereld. Er is een “goede kans” dat verwante regulerende genen de opbrengst in andere graangewassen kunnen verhogen, zegt Inzé. De grootschalige velddemonstratie in maïs “sterkt ons in onze overtuiging dat de intrinsieke opbrengst kan worden verbeterd als we het slim aanpakken,” zegt Wang. “Dit zal mensen inderdaad inspiratie geven.”